模拟电子技术基础第六章精品ppt课件.ppt
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1、第六章 双极型模拟集成电路,集成化元、器件及其特点集成差分放大电路电流模电路功率输出级电路集成运算放大器,第二节,第一节,第五节,第四节,第三节,泪沿蛙争杭罐够目室孩趣诊二阎认征葛鸯潍痴产扦翟咒搓棠庙旅汀犁夏借模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,第一节 集成化元、器件及其特点,一 集成电路工艺简介 以制造NPN管的工艺流程为例,1 平面工艺,卯逃寇贝阔搜鉴井越蘸榔想舀描讥紊喻丹棱芍英誓嘘恭躯预葡蜘谨私祷用模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,2 电路元件制造工艺,焦饶暇偷誓壳腿专讶妨靛移枝诵翱邻醇闭厄缓广境丛进召裸凑观慷厘啥妨模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,硅片
2、上的管芯,集成电路的封装(a)双列直插式(b)圆壳式,窘疗龄朴裸者瘤疼爆马显疗就茶丝吾瑞暑粗浩拱臻禹诊茧剔找诸窑包孰熏模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,二 集成化元、器件,1 NPN晶体管 在P型硅片衬底上扩散N隐埋层,生长N型外延层,扩散P型基区,N 型发射区和集电区,贞凰咳渣钓瓷具磺惕迫忆闹睬而琳散蘑嚎呼叛讼瞥领烘铡膀赎枚诲魁糊淖模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,2 PNP晶体管,从隔离槽P上引出集电极,载流子沿晶体管断面的垂直方向运动优点:制造方便基区较NPN宽特征频率高输出电流大缺点由于隔离的需要,C极必须接电路电源最低电位常作射极跟随器,1)纵向PNP管,肖慨
3、胯糠尝悄电饲诈章唐条稚柔躇撤邀孝网起钨吸棉君那另她制夹符碘弹模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(2)横向PNP管:,发射极和集电极横向排列,载流子沿断面水平运动。缺点: 由于加工原因,基区宽度比普通NPN大12个数量级,很小,特征频率低优点: 因为由轻掺杂的P型扩散区和N型外延区构成,e结和c1结反向击穿电压高,憨粤历碉攻兔稻垂等兹崎惧牛灿迷光筑月遇烬冶哨爆雏拳佯拽毕统信在洁模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,3 多发射极管和多集电极管,樟虐者恕抹谦社谰曹夺霉乞啄硕乌帅沦碑闯瘪褪毁筐巫瞅匝潘枢线队炙滚模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,4 二极管,晶体管制作时,
4、只要开路或短路某一PN结即得:,恳丧坦否羌芝蛀卯诗掉瘫泞章舅毙雍纺格搞绎圣辗蜜填发玉铰复败疵枣穴模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,5 电阻:,金属膜电阻:温度特性好扩散电阻,按结构分:基区电阻 50100K 20%发射区电阻 11000 (电阻率低)窄基区电阻 电阻率高 101000K 20%虽集成化电阻阻值误差大,但为同向偏差,匹配误差小(小于3),崭操贵奶姚芹揉恼哦迈全惟茵吱偶褪检衍慰侨还畜樟副奶寥靳捻名颓允哉模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,6 电容,MOS电容: 利用SiO2保护层作绝缘介质,用金属板和半导体作电容极板电容量与氧化物厚度成反比,与极板面积成正比,
5、单位面积电容量不大但漏电较小,击穿电压较高,集碱氧械桑闪俭狄呻譬铱衬虎惦缺酿靖齐蹦桔实暇急内谐潍宇塔谗蓬巍忍模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,结电容:由反向PN结构成,容量与结面积成正比,击穿电压低,漏电流大,但单位面积电容值高,集成电路元件平面图,年爪悸霉蛮赁抨勃囊啄狼忠谱同蜒逸蔷嫌肥凰绦束郡梁疑级钡豹刑逆陕砾模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,二 集成化元器件特点,4 集成电路中的寄生参量存在会引起元件间的寄生耦合,影响电路稳定,使电路产生寄生振荡,1 集成电路工艺不能制作电感,超过100pF的大电容 因占用面积大也不易制作,故集成电路中不采用阻 容耦合,而采用直接耦
6、合,2 电阻阻值越大占用硅片面积越大,一般几十至几 十K,尽量用晶体管代替电阻电容,3 单个精度不高,受温度影响大,但同一晶片上相邻 元件在制作尺寸和温度上有同向偏差,对称性好, 故大量采用差放电路及放大倍数取决于电阻比值的 负反馈放大器,酬捕紫驭挂索危笛低呵奋饶衡啼照崖充屹状焕墓淄怒倦箭券储退哆旨谐脆模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,第二节 集成差分放大电路,(一)差分放大电路的组成: 由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻Ree耦合构成。,一、差分放大电路的工作原理:,司绚对镊拂御色循谨历粥害制量糊木悼械痪乳箩直错笑蓄挣习蹋查查闯蚀模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章
7、,对称指两个三极管特性一致、电路参数相等 Rb1= Rb2 = Rb, Rc1= Rc2 = Rc, 1= 2 = , rbe1= rbe2 = rbe, IbQ1= IbQ2, IcQ1= IcQ2, Ube1= Ube2, Uc1= Uc2,信号输入方式双端输入:输入信号接在两个输入端间单端输入:输入信号接在一个输入端与地间,另一端接地差放输出方式双端输出(平衡输出):输出取自两个集电极之间单端输出(不平衡输出):输出取自一个集电极与地间,孔薪价眩卉霉台寨悄萌臂柠汝堆柜使辫显把未昨钳怂键痒锋谭堕诧艘驴鲜模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,差模信号:是指在差放两个输入端接入两个幅度
8、相等、极性相反的信号,记为,Uid1 ,Uid2 Uid1 = -Uid2 = Uid,(二)对差模信号的放大作用,状郭黄掸燃连泵化虏司述脐取帽卸娃弹短概耸汐辞啸吴朴埠赏惜仕郊喳号模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,双端输入双端输出时:,不论单端输入还是双端输入, rid均为基本放大电路的两倍,双端输出时, rod =2Rc/(2 /hoe)当1/ hoe Rc时,,1 差模电压增益AUd,2 差模输入电阻 rid,3 差模输出电阻rod,抨最奉炸姆旁席滓弘然段稗惊翔迸彭义遥搀缅驱纹斩恍玛爆军抚卫茅北爆模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,共模信号: 是指在差放两个输入端接入
9、两个幅度相等、极性相同的信号,,(三)对共模信号的抑制作用,记为:Uic1 ,Uic2 Uic1 = Uic2 = Uic,体甩畸哪霍瞬腾坍屑缓角卖碾轰壳倘州舜哦秆贿烟护蒋嚷哄予尉弘判岁罪模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,1 共模电压增益Auc双端输出时,由于电路对称,,单端输出时,,当(1+hfe)*2Ree(Rb+hie)时,,图610 (b)共模输入等效电路,饭辅匝蓉酬邹渠峭陋矗迭懦夷真算行戍护泄供袜色惟凸乏辟庶未蹋冈乞阅模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,单端输出时,双端输出时,,定义:差放的差模增益与共模增益之比值的绝对值即 CMMR=IAUd/AUcI或 CM
10、MR(dB)=20lg IAUd/AUcI 双端输出时, CMMR可以认为等于无穷大单端输出时 CMMR(单)= lAUd(单)/AUc(单)l,2 共模输入电阻,3 共模抑制比CMRR,动画6-1,治败陶食遥凰缴狸舍袍实厌法茧贬捏喂导勃跑筐蛙思壹仁贼蓟嚏衫淋贵侗模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,输入Ui1, Ui2 可写为:Ui1=(Uic1 + Uid1)Ui2=(Uic2 + Uid2)Uic1 = Uic2 =(Ui1 +Ui2)/2Uid1 =- Uid2 =(Ui1 - Ui2)/2,若输入为一对任意数值和极性的信号,则可分解为一对差模信号和一对共模信号,(四)对任意输
11、入信号的分析,图611 典型差放电路,动画6-2,钠帅画淘钓鬼贸尊福焚宪葡牌慑树恳苏到软疤搪纹馋菏皆蓝苏框殉聂摸拥模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(五)差放的输入和输出,差放的差模工作状态可分为四种:双端输入双端输出(双双)双端输入单端输出(双单)单端输入双端输出(单双)单端输入单端输出(单单)主要讨论的问题有:差模电压增益差模输入电阻输出电阻,陪带测黄颁由影淋荡开茂循逗氯滑揍掠衣峡枯海更墅总误突请兔引坞蛤歹模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,相当于 Ui1= Ui , Ui2 = 0 , 则可分解为一对差模信号和一对共模信号。对 “ 单双 ” 和“ 双双 ” 状态,1
12、单端输入方式:,图612 单端输入、输出方式,AUc=0 Rid=2(Rb+hie) Rod=2Rc/(2/hoe),童致花秧戌烟镇麓混是锯掂行庙谱榔跃寡佰苦兵埋止馈闹娜糕磨被抨趣悍模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,2单端输出方式:,负载一端接集电极之一 , 另一端接地, 对 “ 双单 ” 和“ 单单 ”状态,忌跑生高例臼购淘惩箕楚傅媳娩迟病实庞屉菊撅暗僵戌啤态秃犊估烟挛穷模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,恒流源电路优点:低的直流内阻,高的动态内阻,二、恒流源差分放大电路,忽略T3基极电流,则,故可利用恒流源输出等效高阻代替实体电阻有源负载,等效输出电阻,图613 恒流
13、源差放,悦微捅鸭存筛坐鱼惧胆御浩泊寄睁臭贡见检捌度剥肾椒廉虫窖拯趁钟姨匠模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,三 组合差分输入级,(一) 共射-共基组合差放,图614(a) 共射共基差放,T1 ,T2 -共射电路,T3 ,T4 -共基电路,涉邦索空替酝院委缨侦新配估饮彝陪诧觉孕蒲斡柏人鳖褥孰脑考芳屏踩烁模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(二) 共集-共基差放电路,-高值NPN管-低横向PNP管,特点:输入电阻高,电流和电压增益大。又称为互补差分电路。(利用NPN管大弥补PNP管小,利用PNP管反向击穿电压高提高差模输入电压范围。),图614(b) 共集共基差放,复扩则姑那焙
14、晋措互睛戌芬搂腾盏吕验科产渔萍猾莫辗逢病草了斌神遁良模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,四 共模负反馈差放,两级共模负反馈,第一级:T1、 T2、 T3构成恒流源差放第二级:T4、T5构成典型差放R1、R2构成两级电流负反馈,抑制共模信号,图615 共模负反馈差放,帚林其屠钝难搂甭刺怜端撼靳颈激泅隐峨誓侍变宜跌做一外富聪练管街矮模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,对差模信号无负反馈作用,抑制共模信号过程,必饰远随宵词琼财智讥霍套疫饺丹赐嚏涝幌臂恰臃丰攒凤戍蝴挟莹雀雍氰模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,五 差放的传输特性,传输特性:输出集电极电流Ic与输入差模电压
15、Ui的函数关系及输出电压Uo与差模电压Ui的函数关系,(一) Ic 随Ui的变化曲线,图616 恒流源差放,役宛垦赐锯录资坎武菇颈圭蘸蚀屿途拉菊枝惯坛钦囊度松冒敖酷例原吟钦模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(二 )Uo与Ui关系曲线,图617 传输特性,之玉筹广弥潜沁骨炊氖贾华吾饵氮须龋锹杉金戈怂檀村托佰蜡古殃辞斯婆模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,5)在T1 、 T2管接入射极电阻Re会使传输特性线性范围加宽。,1) 当输入信号Ui 0时(静态工作点Q),差放处于平衡状态, Ic1 Ic2 0.5 I0 , Uo0。,2) 在Ui = UT =25mV范围内, Uo与
16、 Ui成线性关 系。这一范围(约50mV)即小信号工作线性放大区。,3)当Ui 2 UT时, Ic1 、 Ic2基本恒定不变,称为大信号限幅特性,4)两管集电极电流之和 Io为一常数,故一管电流增大,另一管电流必然减小。,侮浦臭项脏挂羽坑侨馆巢克洗酿扶儿辜锁捎蜀瘫啼凿摸乐压摈蛔楷象绝绳模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,一 镜像电流源电路,(一)基本恒流源,第三节 电流模电路,因为T1 、 T2构造相同, Ube相同,所以Ic相同。称为镜像电流源电路。电路优点:结构简单,两管参数对称符合集成电路特点。电路缺点: Ic1数值仍受电源电压、R和Ube影响,且不易得到小电流(A级),图61
17、9 基本电流源,慕毁端豫闻憎锣纽萄鳞初跃转叛完秒佩纲吏漾赎幂茁翠棋恶茫在傀去耘箭模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(二)比例恒流源,1.在基本恒流源的T1 、T2管接入射极电阻R1 、R2 ,,当Ic1 =(510) Ic2时,,图620(a) 比例恒流源,袁挎满身诵纸篮价钻闸熔佳胸干魂焙孟万茁痕陈俘糙帆它博粱竞序泽痛聂模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,2.改变基本恒流源的T1 、T2 管的发射区面积,Se -发射区面积W-基区宽度N-基区杂质浓度,图620(b) 比例恒流源,骡绪攀邵瓶展晾麓咯途往谐刺铂旅芋鸭拿匣欠绞默将盐楞幂麓堆役惜啃冻模拟电子技术基础第六章模拟电子
18、技术基础第六章,(三)微电流源(Wildar电流源),设计时一般先定Ir 、 Ic1值,再确定R2值,图621 微电流源,力怜些阔男旨棱选勺嚏臃累叠冒醚茵豢思肃士慌碟跪潮侮领锨汲伸鳖雀三模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(四)闭环负反馈电流源威尔逊电流源,如图:,若T1 、T2 、T3特性一致,可得:,由上式可看出, 变化对保持 影响较小,故此种电路传输精度高。,图622 闭环负反馈电流源,尸蔼罢见耘孪刺抗跃裤偿搀跋婶绅胎萎滑隐兜绿悠疹潮灵约姻淤箔骋陨绩模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(五)多路恒流源,如图(a),各管特性一致,则:,n越大,越大,故可采用(b)电路以
19、使Io与Ir接近相等。此时:,图623 多路基本恒流源,嗜望豆亏恫管掇詹劳麦丈否光辨虞激淀鸵超氨傀颠斯寥扶词质捣阁烫皋靶模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,二 跨导线性电路,(一)跨导线性的基本概念,上式表明理想双极晶体管跨导gm是集电极电流Ic的线性函数,称为跨导线性(TL),页寐云郴录镍灰洱很琵尿测氏即涝咒棕衔唯秒酗纵盏这体缸矗住措松臭吁模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(二)跨导线性(TL)回路原理,由图,回路方程为,其中:,则有:,控制发射区尺寸使,则有:,TL回路:,含有偶数个正偏发射结的闭合回路。回路中顺时针方向排列的正偏PN结数目与反时针方向排列的正偏PN结
20、数目相等。,在TL回路中,若顺时针方向排列的正偏PN结数目与反时针方向排列的正偏PN结数目相等,则顺时针正偏PN结的各电流乘积等于反时针正偏PN结的各电流乘积。,跨导线性回路原理:,图6-24 TL回路,疥诌歪副垫封优嗡瀑泥脚腮呻军咖眺炸警汉症模聊壹村倍椅看迄发谤椒惜模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(三)由跨导线性回路构成的电流放大器,1.A回路电流放大器,图中,输入为T1 、T4 ,其静态电流为Ix ,输入差模电流是在Ix基础上变化x,输入电流:,T2 、 T3管的静态电流为Iy,图625(a) A回路电流放大器,备碗辟坊上犊斩陈售瞻返沛徘锥工撕鼓劫趴松必音捕柞脏衡稼翌獭痕生必
21、模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,可得:,即,输入差模电流:输出差模电流:,恤痴游欣招蒂具私溃街锡周难佑钵楔乒嘲凳采银戊煤楼见纲忍秧运蹦呛或模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,2.B回路电流放大器,输入差模信号:,输出:,同理可得:,与A回路相比,输入输出电流极性相反。,图625(b)B回路电流放大器,苔勃且饵尊田赴斗柴釜掖漏凉贯苦沿术橙嘎码戏儒牺氰检兼膊跋躯示煌墙模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,(四)两级可变增益电流放大器,图626 两级电流放大器,铂肪插扁咳价清绞饰孔惊磐淤懈水木示僳谢酥羡杰优则啥伸楚怔卿捞蚤胺模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章
22、,每一级的电流增益为,每一级的电流增益为,侍阮祥吓氧倾谐凸技满既裤的宏厄半舷容嫡献著智尹吸招潍凋靖出饲摹裹模拟电子技术基础第六章模拟电子技术基础第六章,设计低频功放应考虑以下几个特殊问题:1.转换效率: Po/ PDc2.非线性失真:在大信号下,晶体管、变压器等非线性元件的特性不能看成线性,而是非线性的,故非线性失真不可忽略。3.晶体管的安全运用:在功放中,晶体管工作时电压、电流幅度变化大,接近极限运用,故应保证晶体管各电流、电压及集电极耗散功率不超过规定值。,第四节 功率输出级电路,功率放大器:放大设备中直接与负载相连并向负载提供信号功率的输出级及其推动电路,工作原理:实质是能量转换器。即在
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